Виртуальная реальность в жизни: от игровых приставок до хирургической системы

Мечта или ночной кошмар?

Представьте себе мир, свободный от ограничений. В нем вы можете летать, как птица, колдовать, исследовать космос, погружаться на дно океана, общаться с другими людьми. Даже создавать собственные миры, с собственной физикой, химией и биологией, собственными законами и правилами. Вас не сдерживают расстояния, денежные вопросы, усталость. Всего этого попросту не существует. Главное — вовремя заплатить за интернет. И время от времени обновлять гаджеты.
Как вы уже догадались, речь пойдет о виртуальной реальности. В последнее время все громче звучат тревожные заявления о том, что человечество погрузится в вымышленные миры и постепенно вымрет. История доказывает: нет, нам не стоит бояться очередной страшилки вроде "Матрицы", напротив, виртуальность — это полезный инструмент, который используют не только геймеры, но и ученые, медики и так далее. Этот параллельный мир появился относительно недавно, но уже доказал свою полезность. А в ближайшее время, если верить заявлениям компьютерных гигантов, виртуальная реальность станет доступной и превратится в незаменимый атрибут жизни любого человека. В общем, вперед за белым кроликом!
СТАРТ: история с философией
Начать стоит с самого слова. Это сейчас оно может иметь пренебрежительный оттенок, мол, живешь в своем вымышленном мире, пока тут буйствует реальность. А вот древние римляне словом virtus обозначали "мужество", качество, свойственное настоящему мужчине и воину. Позже так стали именовать человеческую добродетель, проявление внутренней силы и способность что-то делать. Европейские средневековые философы называли "виртуальным" особый вид реальности — не столько существование, сколько способность к существованию. В общем, когда вы смотрите на желудь, то видите просто желудь. Когда на него глазел философ, он видел целый дуб, находящийся в "виртуальном", свернутом состоянии.
К ХХ веку термин закрепился в физике — появилось понятие "виртуальных частиц", существовавших в результате взаимодействия других частиц и исчезающих, как только это взаимодействие прекращается. Люди искусства называли так театр. Психиатры — определенный тип состояния человека. Этнографы — мифологические образы национальных традиций.
И только во второй половине ХХ века виртуальность стала синонимом искусственной реальности, созданной с помощью технических средств. К этому моменту фантасты уже вовсю использовали этот прием: у Рэя Брэдбери уже в 1950 году вышел рассказ "Вельд", а затем — и "451 по Фаренгейту", где сюжетообразующими приемами были "телестены", создающие воображаемый мир. А сериал "Звездный путь" подарил миру "Холодек" — голографическую палубу, способную имитировать все что угодно и позволяющую команде оказываться в воссозданном прошлом.

"Дамоклов меч". Тяжелое устройство пришлось подвесить.
В реальности все шло туже. Пионером того, что можно считать прообразом виртуальности, называют американского фотографа, кинооператора и режиссера Мортона Хейлига. В начале 60-х годов он показал публике устройство под названием "Сенсорама". Выглядело, по нынешним меркам, оно не очень: угловатый игровой автомат, который за 25 центов показывал зрителю двухминутный стереофильм со стереозвуком, дул феном в голову, имитируя ветер, вибрировал и шибал в нос запахами. Но для того времени аттракцион казался невиданной диковинкой, позволявшей простому американцу ощутить полет на вертолете или поездку на мотоцикле. К сожалению, Хейлиг остался непонятым, так что последующие проекты — создание "шлема виртуальной реальности", к примеру — остались на бумаге.
Зато в 1968 году компьютерный инженер и ученый-информатик Айвен Сазерленд в Гарварде таки создает долгожданный шлем. До этого, в 1965-м, занимаясь совершенствованием дисплеев, он сказал бессмертную фразу: "Я думаю, что пределом развития дисплея будет комната, в которой компьютер может управлять существованием материи. Стул в такой комнате вполне сгодится для сидения на нем. Наручники, созданные в такой комнате, будут сковывать, а пуля, созданная в такой комнате, будет смертельной". В реальности получился "Дамоклов меч" — шлем с подключаемыми модулями для замера позиций головы оказался настолько тяжелым, что его пришлось подвешивать к потолку. Отсюда и неофициальное название прибора, который официально назывался "Надеваемый на голову трехмерный дисплей". В бинокулярном дисплее пользователь видел только проволочный каркас комнат, зато в перспективе и с возможностью вертеть головой.
Исследователь Майрон Крюгер начал экспериментировать с системами взаимодействия человека и компьютера примерно в то же время в университете штата Висконсин. Но громоздкие дисплеи, надеваемые на голову, его не вдохновили. "Любая польза, — писал он, — которую дисплеи приносили в плане визуального вовлечения, сводилась на нет громоздким оборудованием, которое ограждает участников от мира, в который они вовлекаются… Я решил, что этот опыт должен быть неотличим от реального опыта. Его нельзя отделять от действительности процессом надевания костюма, ношения приспособлений и подключением к компьютеру. Вместо чужой планеты, куда нужно проникать через шлюз, он будет похож на дверь в мир фантазии, куда можно войти, просто занимаясь своим делом".
Все семидесятые и восьмидесятые Майрон Крюгер создавал "ВидеоМесто" (VideoPlace), несколько связанных между собой по сети комнат, в каждой из которых находился большой экран и видеопроектор. Человек, заходя в комнату, видел на экране собственное примитивное изображение и силуэты людей в остальных комнатах. Он мог взаимодействовать с ними с помощью своего "аватара", использовать виртуальные объекты и так далее. В общем, то же, что сейчас позволяют делать приставки Nintendo Wii и Microsoft Kinect.
Дальше за разработки взялись игровые гиганты. И прогорели — в 1991 году пролетел мимо пользователя шлем от SEGA. Более-менее жизнеспособной оказалась система "Виртуалити" — напоминающий "Сенсораму" игровой автомат за баснословные 73 тысячи долларов, позволяющий играть в многопользовательские игры. Зато новостей о новых шлемах было так же много, как и сейчас. Но ни один из них так и не добрался до пользователя.

"Сенсорама" показывала двухминутный стереофильм со стереозвуком и дула феном, имитируя ветер.
КАК РАБОТАЕТ: очки и перчатки
Как вы уже поняли из истории, то, что происходит сейчас — далеко не ново. Подобно 3D-видео, идея виртуальной реальности зародилась десятки лет назад, но лишь в наше время, похоже, нашла технологическую базу, на которую можно опереться. Осталось разобраться, как это выглядит в наше время.
Начнем с изображения. Виртуальный мир можно посещать тремя различными способами. Первый и самый распиаренный из всех — шлемы и очки. Все они приблизительно одинаковы: содержат один или несколько дисплеев, систему линз для корректировки геометрии изображения и систему трекинга для отслеживания ориентации в пространстве (гироскопы, акселерометры и магнитометры). В общем, все то, что завещали нам Хейлиг и Сазерленд.
Второй способ передачи изображения — MotionParallax3D дисплеи, созданные по заповедям Крюгера. Так работают некоторые смартфоны и комнаты виртуальной реальности — они формируют иллюзию объема за счет вывода на дисплеи специально сформированных проекций виртуальных объектов. Проще говоря, они отслеживают, куда вы смотрите и где находитесь, и "надувают" изображение.
И, наконец, третий способ — ретинальный монитор, позволяющий сформировать изображение прямо на сетчатке глаза, в результате чего вы видите полноценного дракона, парящего над рабочим столом. Строго говоря, это не вирт, подобные системы используются в создании "дополненной реальности". Разница в том, что в полноценном вирте вы находитесь в полностью искусственном мире, а в "дополненной" видите проекцию созданных объектов на реальность.
В общем и целом, изображение — это наше все, потому что всю возможную мощь погружения в вымышленный мир обеспечивает именно оно. Что касается звука, то это стандартные даже для домашних кинотеатров многоканальные акустические системы. А тактильные ощущения обеспечивают устройства с обратной связью, которые в настоящее время вовсю применяются в тренажерах, дистанционном управлении роботами и так далее.
Ну и, наконец, взаимодействие. Сюда входят вполне реалистичные контроллеры вроде руля с педалями, джойстика, целеуказателя-пистолета и так далее. Если ваши интересы в виртуальности выходят за пределы игр, используются перчатки, позволяющие управлять объектами, либо видеокамеры, отслеживающие перемещение рук. А вот костюма виртуальной реальности пока нет — во всяком случае, в свободном доступе. Слишком уж дорого создавать полноценный кокон, передающий кожным сенсорам тактильные, температурные и вибрационные ощущения. С запахами пока тоже проблема.
ВПЕРЕДИ: полезный "запасной мир"
Самый главный бонус виртуальности именно в том, что она — нереальна. В реальности нельзя двадцать раз провести одну и ту же сверхсложную операцию, добиваясь идеального результата. В реальности нельзя взрывать АЭС, нельзя неправильно сажать самолеты, нельзя ворваться на закрытую базу и убить лидера террористов. В общем, слишком много запретов, цена которым — жизнь реальных людей, экологические проблемы и банальная дороговизна обучения.
Виртуальность все эти запреты снимает. Именно поэтому существуют полноценные симуляторы, позволяющие обучиться пилотированию самолетов (такой стоит даже на киевском заводе "Антонов"), авиадиспетчерскому делу (подобный симулятор есть в тренажерном центре "Украэроруха"). На тренажерах обучаются машинисты поездов, горноспасатели, медики и т. д. Даже обычное вождение машины давно можно изучить благодаря современным технологиям — достаточно скачать правильную программу. Что касается военных, то, откровенно говоря, именно благодаря изначально огромным бюджетам оборонки мы играем в стрелялки.
Сейчас ориентируются на создание недорогих и функциональных устройств. В первую очередь — для геймеров. Это и Oculus Rift, и Sony Morpheus и многие другие. Google даже рассказал, как делать очки из картона, в которые можно вставить смартфон и наслаждаться созданными мирами. Чем доступнее это будет, тем больше заработает игровая промышленность — даже если вы не хотите размахивать мечом, кося орков, вряд ли откажетесь от шанса почувствовать себя гонщиком "Формулы", пилотом истребителя или капитаном космического корабля.

Система